一种基于阻尼最小二乘的多关节机械臂避障逆运动学方法技术

本发明专利技术公开了一种基于阻尼最小二乘的多关节机械臂避障逆运动学方法。包括：根据多关节机械臂的结构建立D

【技术实现步骤摘要】
一种基于阻尼最小二乘的多关节机械臂避障逆运动学方法


[0001]本专利技术属于机械臂运动学领域的一种多关节机械臂的逆运动学方法，具体涉及了一种基于阻尼最小二乘的多关节机械臂避障逆运动学方法。

技术介绍

[0002]多关节机械臂是冗余机械臂的一种，在三个位置自由度和三个姿态自由度以外还拥有较多冗余自由度，这导致了多关节机械臂自运动的特性，也就是在保证末端位姿固定的情况下，各关节仍然可以运动。因此，这类机械臂的运动灵活性很高，可以在末端位姿不变的同时完成避障，十分适合在复杂环境下作业。
[0003]多关节机械臂的避障的首要步骤就是逆运动学的求解，由于自由度的极大冗余，多关节机械臂的逆运动学解析解往往不存在，即使存在解析解也往往伴随了难以筛选的多个解，考虑到多关节机械臂逆运动学的复杂性，目前常见的逆运动学求解方法一般不考虑障碍约束。

技术实现思路

[0004]为了克服多关节机械臂冗余自由度带来的困难，在避障需求下充分利用多关节机械臂的灵活性，为提高具有冗余自由度的多关节机械臂在复杂环境下的作业性能，本专利技术提供了一种基于阻尼本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于阻尼最小二乘的多关节机械臂避障逆运动学方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：根据多关节机械臂的结构建立D
‑
H关节坐标系，基于D
‑
H关节坐标系求出多关节机械臂的正运动学的坐标转换关系和雅可比矩阵；第二步：根据障碍物与多关节机械臂中各连杆之间的相对位置关系以及多关节机械臂的正运动学的坐标转换关系，计算障碍物对多关节机械臂中各连杆的总虚拟斥力；第三步：基于阻尼最小二乘法，根据雅可比矩阵和虚拟斥力建立多关节机械臂逆运动学优化目标函数，采用数值迭代方法求解多关节机械臂逆运动学优化函数，获得多关节机械臂的末端位姿对应的各关节角度。2.根据权利要求1所述的一种基于阻尼最小二乘的多关节机械臂避障逆运动学方法，其特征在于，所述第二步具体为：2.1)根据障碍物与多关节机械臂中连杆之间的相对位置关系以及多关节机械臂的正运动学的坐标转换关系，计算各个障碍物对多关节机械臂中每一连杆的虚拟斥力的作用方向以及对应虚拟斥力势能；2.2)将各个障碍物对多关节机械臂中当前连杆的虚拟斥力的作用方向和对应虚拟斥力势能相乘后，获得各个障碍物对多关节机械臂中当前连杆的虚拟斥力，接着对各个虚拟斥力进行求和，获得障碍物对多关节机械臂中当前连杆的总虚拟斥力；2.3)重复2.1)
‑
2.2)，计算并获得障碍物对多关节机械臂中剩余连杆的总虚拟斥力。3.根据权利要求2所述的一种基于阻尼最小二乘的多关节机械臂避障逆运动学方法，其特征在于，所述各个障碍物对多关节机械臂中每一连杆的虚拟斥力的作用方向由障碍物与连杆之间的相对位置确定，具体地：针对障碍物k对连杆i的虚拟斥力的作用方向，障碍物k的几何中心O与连杆i的两个端点P
A
、P
B
之间的距离OP
A
、OP
B
以及连杆i的两个端点P
A
、P
B
相连后构成轴线P
A
P
B
之间的关系分为以下三种情况：当障碍物k的几何中心O在连杆i的轴线P
A
P
B
上的投影位于P
B
一侧的延长线上时，障碍物k到连杆i的空间距离d
ik
满足d
ik
＝|OP
B
|
‑
R
‑
r
k
，R为连杆i端部所在圆的半径，r
k
为障碍物的最大直径的一半，虚拟斥力的作用方向为当障碍物k的几何中心O在连杆i的轴线P
A
P
B
上的投影位于P
A
一侧的延长线上时，障碍物k到连杆i的空间距离d
ik
满足d
ik
＝|OP
A
|
‑
R
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：黄方昊，董思旻，沈翀，陈正，聂勇，唐建中，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：